JP2007102153A - 画像補正装置、パターン検査装置、画像補正方法、及びレチクル - Google Patents

Abstract

【課題】 検査対象物のパターンの特徴を利用して、光学画像と参照画像間のずれ、歪み、又はずれと歪みを適切に補正すること。
【解決手段】 検査対象物の光学画像１００を取得する光学画像取得部１０と、設計データ２０１から参照画像２００を作成する参照画像作成部２０と、補正モデルパラメータ２０３と参照画像２００を演算処理して、参照画像を補正して補正済参照画像２０６を作成する画像補正部２０５と、検査対象物の画像のパターンの特徴に基づく特徴データ２０２を用いて、光学画像１００と参照画像２００間のずれ、歪み又はずれと歪みを補正する補正モデルパラメータ２０４を求める補正モデルパラメータ同定部２０３と、を備えている、画像補正装置。

【選択図】 図１

Description

本発明は、レチクルなどの検査対象物のパターン検査、それに使用する参照画像と、作製されたレチクルに関するものであり、特に、半導体素子や液晶ディスプレイパネルの製作に使用される検査対象物のパターン検査、それに使用する参照画像と、作製されたレチクルに関するものである。

大規模集積回路（ＬＳＩ）の製造プロセスにおいて、回路パターン転写用光縮小露光装置（ステッパ）は、４〜５倍に回路パターンを拡大したレチクル（フォトマスク）を原版として用いる。このレチクルへの完全性、即ち、パターン精度、又は無欠陥などへの要求は年々極めて高くなっている。近年、超微細化・高集積化によってステッパの限界解像度近傍でパターン転写が行なわれるようになり、高精度レチクルがデバイス製造のキーとなってきている。なかでも、超微細パターンの欠陥を検出するパターン検査の性能向上が先端半導体デバイスの短期開発・製造歩留まり向上には必須である。高精度レチクルのパターン検査において、レチクルに描画された光学画像に類似する参照画像をレチクルの設計データから作成し、光学画像と参照画像を比較して、レチクルのパターンの欠陥を検出しているが、光学画像と参照画像間にずれや歪みが発生するため、比較検査において、ずれや歪みを補正する必要がある。そこで、レチクルのパターン毎に検査精度を設定して、パターンの検査を行うことが知られている（特許文献１参照）。
特開２００４−１９１９５７

（１）本発明は、検査対象物のパターンの特徴を利用して、光学画像と参照画像間のずれ、歪み、又はずれと歪みを適切に補正することにある。
（２）又は、本発明は、微細なパターンが得られる画像補正装置、パターン検査装置、画像補正方法、又はレチクルを得ることにある。

本発明の実施の形態による画像補正装置は、検査対象物の光学画像を取得する光学画像取得部と、検査対象物の設計データから参照画像を作成する参照画像作成部と、補正モデルパラメータと参照画像を演算処理して、参照画像を補正して補正済参照画像を作成する画像補正部と、検査対象物の画像のパターンの特徴に基づく特徴データを用いて、光学画像と参照画像間のずれ、歪み又はずれと歪みを補正する補正モデルパラメータを求める補正モデルパラメータ同定部と、を備えているものである。
本発明の実施の形態によるパターン検査装置は、検査対象物の光学画像を取得する光学画像取得部と、設計データから参照画像を作成する参照画像作成部と、補正モデルパラメータと参照画像を演算処理して、参照画像を補正して補正済参照画像を作成する画像補正部と、検査対象物の画像のパターンの特徴に基づく特徴データを用いて、光学画像と参照画像間のずれ、歪み又はずれと歪みを補正する補正モデルパラメータを求める補正モデルパラメータ同定部と、光学画像と補正済参照画像を比較する比較部と、を備えているものである。
本発明の実施の形態による画像補正方法は、検査対象物の光学画像を取得する光学画像取得工程と、検査対象物の設計データから参照画像を作成する参照画像作成工程と、補正モデルパラメータと参照画像を演算処理して、参照画像を補正して補正済参照画像を作成する工程と、検査対象物の画像のパターンの特徴を示す特徴データを用いて、光学画像と参照画像間のずれ、歪み又はずれと歪みを補正する補正モデルパラメータを求める工程と、を備えるものである。
本発明の実施の形態によるレチクルは、レチクルの画像のパターンの特徴を示す特徴データを用いて、光学画像と参照画像間のずれ、歪み又はずれと歪みを補正する補正モデルパラメータを求め、補正モデルパラメータと参照画像を演算処理して補正済参照画像を求め、光学画像と補正済参照画像を比較してパターン検査が行われたものである。

（１）本発明は、検査対象物のパターンの特徴を利用して、光学画像と参照画像間のずれ、歪み、又はずれと歪みを適切に補正することができる。
（２）又は、本発明は、微細なパターンが得られる画像補正装置、パターン検査装置、画像補正方法、又はレチクルを得ることができる。

以下、本発明の実施形態による参照画像作成装置、パターン検査装置、参照画像作成方法、パターン検査方法、及びレチクルについて説明する。

（パターン検査装置）
パターン検査装置は、レチクルなどの検査対象物に形成されたパターンが所定の形状に形成されているか検査するものである。パターン検査装置は、光学画像取得部とデータ処理部とを備えている。光学画像取得部は、検査対象物に描画されたパターンを読み取って光学画像を得るものである。データ処理部は、光学画像取得部などのパターン検査装置の制御やデータ処理を行うものである。データ処理部は、参照画像を作成し、その参照画像を補正する、参照画像作成部、補正モデルパラメータ同定部と画像補正部とを有している。パターン検査装置は、得られた光学画像と補正済参照画像とを比較して、検査対象物に描画された光学画像の欠陥などを検査することができる。ここで、参照画像は、検査対象物の設計データから光学画像に類似するように作成される画像である。補正済参照画像は、参照画像を補正して、光学画像と参照画像間にあるずれ、歪み、又はずれと歪みを除くように求められた参照画像である。設計データは、検査対象物に画像を描画する元になる設計のためのデータである。なお、以下、検査対象物としてレチクルについて説明するが、検査対象物は、パターンが形成されるものであればよく、マスク、ウエハなどもある。

パターン検査装置１は、具体的には、例えば図２に示すように、光学画像取得部１０とデータ処理部１１０を備えている。光学画像取得部１０は、必要に応じて、オートローダ１３０、光源１０３、レチクル１０１を載置するＸＹθテーブル１０２、θモータ１５０、Ｘモータ１５１、Ｙモータ１５２、レーザ測長システム１２２、拡大光学系１０４、フォトダイオードアレイ１０５、センサ回路１０６などを備えている。データ処理部１１は、必要に応じて、中央演算処理部１１０、バス１２、バス１２に接続されたオートローダ１３０を制御するオートローダ制御部１１３、ＸＹθテーブル１０２を制御するテーブル制御部１１４、データベース１４０、データベース作成部１４２、展開部１１１、展開部１１１から設計データのパターンデータを受信し、センサ回路１０６から光学画像を受信する参照部１２１、センサ回路１０６から光学画像を受信し、参照部１２１から補正済参照画像を受信する比較部１０８、レーザ測長システム１２２からテーブル１０２の位置信号を受信する位置測定部１０７、磁気ディスク装置１０９、磁気テープ装置１１５、ＦＤ１１６、ＣＲＴ１１７、パターンモニタ１１８、プリンタ１１９などを備えている。なお、パターン検査装置１は、電子回路、プログラム、又は、これらの組み合わせにより構成できる。

（画像補正装置）
画像補正装置は、光学画像と参照画像間にあるずれ、歪み、又はずれと歪みを除くように、レチクルの光学画像に類似する補正済参照画像を作成するものである。画像補正装置は、例えば図１に示すように、光学画像取得部１０、参照画像作成部２０、補正モデルパラメータ同定部２０３と画像補正部２０５とを有している。補正モデルパラメータ同定部２０３は、光学画像取得部１０で得られた光学画像１００と、レチクルのパターンの特徴を示す特徴データ２０２と、参照画像作成部２０で作成した参照画像２００とを用いて、補正モデルパラメータ２０４を作成する。画像補正部２０５は、補正モデルパラメータ同定部２０３で得られた補正モデルパラメータ２０４を参照画像２００に作用し、演算処理して、補正済参照画像２０６を作成する。なお、画像補正装置は、電子回路、プログラム、又は、これらの組み合わせにより構成できる。

ここで使用する特徴データ２０２は、レチクルの画像の特定のパターンを指定し、レチクルの画像の特徴部分を示すものである。特徴データは、例えば、レチクルの画像を設計する段階で作成され、レチクルのパターン位置に対応しており、パターンを指定するパターンの識別データである。特徴データは、例えば、レチクルの画像に対応して画像で表現され、画素値のデータからなっている。特徴データは、レチクルの画像のパターンに重みを付与することができる。特徴データは、描画精度が要求されるパターン、補助パターン、又はダミーパターンなどを示す。なお、本実施の形態で使用するパターンとは、どのような形状でもよく、例えば、独立したパターンでも、独立したパターンの結合したパターンでも、独立したパターンの部位（一部）のパターンでも、又は、結合したパターンの部位（一部）のパターンでもよい。

（光学画像取得部）
光学画像取得部１０は、レチクル１０１の光学画像を取得する。検査対象試料となるレチクル１０１は、ＸＹθテーブル１０２上に載置される。ＸＹθテーブル１０２は、テーブル制御部１１４からの指令で、ＸＹθ各軸のモータ１５１、１５２、１５０によって水平方向及び回転方向に移動するように制御される。光源１０３からの光は、レチクル１０１に形成されたパターンに照射される。レチクル１０１を透過した光は、拡大光学系１０４を介して、フォトダイオードアレイ１０５に光学像として結像する。フォトダイオードアレイ１０５に取り込まれた画像は、センサ回路１０６で処理されて、補正済参照画像と比較するための光学画像のデータとなる。

光学画像の取得手順を図３を用いて説明する。レチクル１０１の被検査領域は、図３に示すように、Ｙ方向に向かって、走査幅Ｗの短冊状の複数の検査ストライプ３に仮想的に分割される。その分割された各検査ストライプ３は、連続的に走査される。そのために、ＸＹθテーブル１０２は、テーブル制御部１１４の制御のもとでＸ方向に移動する。その移動に従って、各検査ストライプ３の光学画像は、フォトダイオードアレイ１０５により取得される。フォトダイオードアレイ１０５は、走査幅Ｗの画像を連続的に取得する。フォトダイオードアレイ１０５は、第１の検査ストライプ３の画像を取得した後、その画像の取得と逆方向であるが、同様な方法で、第２の検査ストライプ３の画像を走査幅Ｗで連続的に取得する。第３の検査ストライプ３の画像は、第２の検査ストライプ３の画像を取得する方向とは逆方向、すなわち、第１の検査ストライプ３の画像を取得した方向に取得される。このように、連続的に画像を取得していくことで、無駄な処理時間を短縮することができる。ここでは、例えば、走査幅Ｗは、２０４８画素とする。

フォトダイオードアレイ１０５上に結像されたパターンの像は、フォトダイオードアレイ１０５によって光電変換され、更にセンサ回路１０６によってＡ／Ｄ（アナログデジタル）変換される。光源１０３、拡大光学系１０４、フォトダイオードアレイ１０５、センサ回路１０６は、高倍率の検査光学系を構成する。

ＸＹθテーブル１０２は、中央演算処理部１１０の制御の下にテーブル制御部１１４により駆動される。ＸＹθテーブル１０２の移動位置は、レーザ測長システム１２２により測定され、位置測定部１０７に送られる。また、テーブル１０２上のレチクル１０１は、オートローダ制御部１１３の制御の基でオートローダ１３０から搬送される。センサ回路１０６から出力された検査ストライプ３の測定パターンデータは、位置回路１０７から出力されたＸＹθテーブル１０２上のレチクル１０１の位置を示すデータとともに、参照部１１２と比較部１０８に送られる。光学画像のデータと、比較対象の補正済参照画像とは、適当な画素サイズのエリアに切り出される。例えば、５１２×５１２画素の領域に切り出される。

（参照画像作成部）
参照画像作成部２０は、補正の対象となる参照画像を作成するものである。参照画像作成部２０は、検査対象レチクルの設計データから光学画像に似せた画像である参照画像を作成する。参照画像作成部２０は、設計データに対して種々の変換を行って参照画像を作成する。参照画像作成部２０は、展開部１１１と参照部１１２で構成することができる。展開部１１１は、レチクルの画像の設計データを磁気テープ装置１１５から中央演算処理部１１０を通して読み出し、イメージデータに変換する。参照部１１２は、展開部１１１からイメージデータを受け取り、図形の角を丸めたり、多少ボカしたりして、光学画像に似せる処理を行い、参照画像を作成する。

（補正モデルパラメータ同定部）
補正モデルパラメータ同定部２０３は、補正モデルパラメータを求めるものである。補正モデルパラメータは、光学画像１００と参照画像２００の間にある、ずれ、歪み、又はずれと歪みを除くためのものであり、参照画像２００に作用して、参照画像２００を補正済参照画像２０６に変換する。補正モデルパラメータは、ずれ、歪み、又はずれと歪みを除くためのフィルタでもある。補正モデルパラメータは、特徴データによりレチクルのパターンの特徴に従って求められる。補正モデルパラメータは、特徴データによりレチクルのパターンの画像位置に重みを付与して、パターンの特徴に従って求められる。この補正モデルパラメータを参照画像２００に作用して、補正済参照画像２０６が求められる。例えば、補正済参照画像２０６は、数１の式により求められる。ここで、Ｉref（ｘ）は、参照画像２００を示す。Ｉcor（ｘ）は、補正済参照画像２０６を示す。ｇ（ｘ）は、補正モデルパラメータを示す。数１の式は、補正モデルパラメータｇ（ｘ）と参照画像Ｉref（ｘ）とをコンボリューション演算（畳み込み演算）をして、補正済参照画像Ｉcor（ｘ）を算出する。ここで、参照画像、及び補正済参照画像は、各画素（ｘ）における輝度値などの階調値からなるイメージデータである。補正モデルパラメータｇ（ｘ）も、各画素（ｘ）において値を有するデータである。なお、補正モデルパラメータは、位置ｘに依存しない固定パラメータ群ｇとして扱っても良い。

補正モデルパラメータｇ（ｘ）は、レチクルの画像のパターンの特徴に基づく特徴データを用いて、光学画像と参照画像間のずれ、歪み又はずれと歪みを補正するように求められる。詳しくは、補正モデルパラメータｇ（ｘ）は、光学画像と補正済参照画像の差に特徴データの重みを付与して和を取り、和が最小になるように求められる。例えば、補正モデルパラメータｇ（ｘ）は、数２の式の和Δが最小になるように求められる。ここで、Ｉscn（ｘ）は、光学画像を示す。ｗ（ｘ）は、特徴データであり、特定のパターンの重みを示している。光学画像は、各画素（ｘ）における輝度値などの階調値からなるイメージデータである。

特徴データは、レチクルのパターンの特徴に応じて、画素の位置に重みを付ける。これにより、数２の式は、レチクルの画像の各画素間の差の総和を取り、その総和が最小になるように補正モデルパラメータを求めることにより、パターンの画素の重要度に応じた補正モデルパラメータを作成することができる。なお、補正モデルパラメータ同定部２０３は、例えば図２の参照部１１２に設けることができる。

（画像補正部）
画像補正装置は、特徴データで特定のパターンに重みが付与され、それにより求められた補正モデルパラメータを参照画像に作用して、演算処理して、補正済参照画像を作成する。画像補正装置は、例えば、数１の式により、補正モデルパラメータ同定部で同定した補正モデルパラメータを参照画像に作用して、補正済参照画像を作成する。なお、画像補正部２０５は、例えば図２の参照部１１２に設けることができる。

（画像補正方法）
画像補正方法は、図４に示すように各工程で行われる。先ず、Ｓ１の工程は、レチクルに描画された光学画像を取得する。Ｓ２の工程は、レチクルの画像の設計データから参照画像を作成する。Ｓ３の工程は、レチクルの画像のパターンの特徴を示す特徴データを参照する。Ｓ４の工程は、特徴データを利用して、補正モデルパラメータを求める。Ｓ５の工程は、この補正モデルパラメータを参照画像に作用して、補正済参照画像を作成する。補正済参照画像と光学画像を比較してパターンを検査することにより、ずれ、歪み、又はずれと歪みを除いた画像の比較を行うことができる。

（パターン検査方法）
パターン検査方法は、画像補正方法で得られた、レチクルの特徴データを利用して、より特定のパターンに応じた補正済参照画像と、光学画像を比較して、レチクルのパターンを検査する方法である。その結果、レチクルのパターン検査をより適切に、正確に行うことができる。

（検査されたレチクル）
レチクルは、設計データを用いて描画装置により描画される。作成されたレチクルは、パターン検査装置により光学画像が検査される。その際、光学画像と補正済参照画像を比較してパターン検査が行われる。補正済参照画像は、補正モデルパラメータと参照画像を演算処理して求められる。補正モデルパラメータは、特徴データを用いて、光学画像と参照画像間のずれ、歪み又はずれと歪みを補正するように求められる。例えば、補正モデルパラメータは、光学画像と補正済参照画像の差に特徴データの重みを付与して、その和を取り、その和が最小値になるように求められる。

（実施の形態１）
本発明の実施の形態１に係る特定のパターンの部位は、図５（Ａ）に示されている。それらに対応した特徴データは、図５（Ｂ）に画像データとして示されている。図５（Ａ）の右側の白い点状のホール、例えばコンタクトホールのパターンは、描画精度の高いパターンである。図５（Ｂ）の特徴データは、ホールのパターンの画像位置に対応しており、２５５の値を示している。特徴データは、画像で表現されており、画素値で表されている。この例では、特徴データの値は、例えば０から２５５の範囲としてある。

図５（Ａ）の左側の白いパターンは、描画精度の低いパターン、例えばダミーパターンである。図５（Ｂ）は、ダミーパターンの画像位置に対応しており、１５の値を示している。重みｗ（ｘ）は、特徴データの値（画素値）÷２５５として、０≦ｗ（ｘ）≦１の範囲の実数となっている。重みの値ｗ（ｘ）を数２の式のｗ（ｘ）に代入して、補正モデルパラメータｇ（ｘ）を算出する。この補正モデルパラメータｆ（ｘ）を数１の式のｇ（ｘ）に代入して、補正済参照画像を求める。このように、高い精度を要求される特定のパターンには、大きな画素値の特徴データが付与され、精度があまり要求されないパターンには、小さな画素値の特徴データが付与される。このような特徴データを使用することにより、レチクルの重要なパターン箇所に重点を置いて、光学画像と参照画像間のずれ、又は歪みを適切に補正することができる。

（実施の形態２）
本発明の実施の形態２に係る特定のパターンの部位は、図６（Ａ）に示されている。それらに対応した特徴データは、図６（Ｂ）に画像データとして示されている。図６（Ａ）の白い太い帯状のパターンは、描画精度の高いパターンであり、その両側の細い帯状のパターンは、描画精度があまり要求されないパターン、例えば補助パターンである。図６（Ａ）の描画精度の高いパターンの特徴データは、２５５の値で示している。図６（Ａ）の補助パターンの特徴データは、６３の値で示している。補助パターンの特徴データは、図５のダミーパターンに比して、大きい。このように、特徴データにより、パターン毎に重要度に差をつけることができる。特徴データの重みは、実施の形態１と同様に、補助データの画素値を２５５で割って求める。

画像補正装置のブロックを示す図である。 パターン検査装置の構成を示す概念図である。 レチクルのパターンをスキャンする説明図 補正済参照画像を作成するフローの図 特定のパターンの特徴を示す特徴データの説明図 別の特定のパターンの特徴を示す特徴データの説明図

符号の説明

１・・・パターン検査装置
１０・・光学画像取得部
１００・光学画像
１０１・レチクル
１０２・ＸＹθテーブル
１０３・光源
１０４・拡大光学系
１０５・フォトダイオードアレイ
１０６・センサ回路
１０７・位置測定部
１０８・比較部
１１・・データ処理装置
１１０・中央演算処理部
１１１・展開部
１１２・参照部
１４０・データベース
２０・・参照画像作成部
２００・参照画像
２０１・設計データ
２０２・特徴データ
２０３・補正モデルパラメータ同定部
２０４・補正モデルパラメータ
２０５・画像補正部
２０６・補正済参照画像
３・・・ストライプ

Claims (11)

1. 検査対象物の光学画像を取得する光学画像取得部と、
   検査対象物の設計データから参照画像を作成する参照画像作成部と、
   補正モデルパラメータと参照画像を演算処理して、参照画像を補正して補正済参照画像を作成する画像補正部と、
   検査対象物の画像のパターンの特徴に基づく特徴データを用いて、光学画像と参照画像間のずれ、歪み又はずれと歪みを補正する補正モデルパラメータを求める補正モデルパラメータ同定部と、を備えている、画像補正装置。
2. 請求項１に記載の画像補正装置において、
   特徴データは、パターンに付される重みであり、
   補正モデルパラメータ同定部は、光学画像と補正済参照画像の差に特徴データの重みを付与して和を取り、和が最小になるように補正モデルパラメータを求める、画像補正装置。
3. 検査対象物の光学画像を取得する光学画像取得部と、
   設計データから参照画像を作成する参照画像作成部と、
   補正モデルパラメータと参照画像を演算処理して、参照画像を補正して補正済参照画像を作成する画像補正部と、
   検査対象物の画像のパターンの特徴に基づく特徴データを用いて、光学画像と参照画像間のずれ、歪み又はずれと歪みを補正する補正モデルパラメータを求める補正モデルパラメータ同定部と、
   光学画像と補正済参照画像を比較する比較部と、を備えている、パターン検査装置。
4. 請求項３に記載のパターン検査装置において、
   特徴データは、パターンに付される重みであり、
   補正モデルパラメータ同定部は、光学画像と補正済参照画像の差に特徴データの重みを付与して和を取り、和が最小になるように補正モデルパラメータを求める、パターン検査装置。
5. 検査対象物の光学画像を取得する光学画像取得工程と、
   検査対象物の設計データから参照画像を作成する参照画像作成工程と、
   補正モデルパラメータと参照画像を演算処理して、参照画像を補正して補正済参照画像を作成する工程と、
   検査対象物の画像のパターンの特徴を示す特徴データを用いて、光学画像と参照画像間のずれ、歪み又はずれと歪みを補正する補正モデルパラメータを求める工程と、を備えた、画像補正方法。
6. 請求項５に記載の画像補正方法において、
   特徴データは、パターンに付される重みであり、
   補正モデルパラメータは、光学画像と補正済参照画像の差に特徴データの重みを付与して、その和を取り、その和が最小値になるように求められる、画像補正方法。
7. 請求項５に記載の画像補正方法において、
   描画精度の高いパターンは、特徴データの重みを大きくする、画像補正方法。
8. 請求項５に記載の画像補正方法において、
   補助パターンは、特徴データの重みを小さくする、画像補正方法。
9. 請求項５に記載の画像補正方法において、
   ダミーパターンは、特徴データの重みを小さくする、画像補正方法。
10. レチクルの画像のパターンの特徴を示す特徴データを用いて、光学画像と参照画像間のずれ、歪み又はずれと歪みを補正する補正モデルパラメータを求め、補正モデルパラメータと参照画像を演算処理して補正済参照画像を求め、光学画像と補正済参照画像を比較してパターン検査が行われた、レチクル。
11. 請求項１０に記載のレチクルにおいて、
    特徴データは、パターンに付される重みであり、
    補正モデルパラメータは、光学画像と補正済参照画像の差に特徴データの重みを付与して、その和を取り、その和が最小値になるように求められた、レチクル。